DE10039591A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von metallischen Formkörpern sowie eine Vorrichtung hierzu, mit denen wesentlich kürzere Zykluszeiten möglich sind, wobei ein metallisches Material in einem Aufbereitungsaggregat, im wesentlichen kontinuierlich, zu einer fließfähigen Masse bei eine Temperatur von >= 500 DEG C aufbereitet, in einer Akkumulationszone akkumuliert und nach dem Akkumulieren einer vorgegebenen Menge der fließfähigen Masse diese über einen Strömungskanal mit einer Austrittsdüse in ein Druckgießwerkzeug eingespritzt wird, wobei die Düse nach dem Einspritzen des Materials verschlossen, das metallische Material im Werkzeug gekühlt und verfestigt, danach das Druckgießwerkzeug geöffnet und das Formteil entformt wird, wobei die Düse nach dem Einspritzen mit einer von dem Einspritzaggregat verschiedenen Verschlussvorrichtung aktiv verschlossen wird und wobei das Verschließen der Düse bei dicht verbundenem Zustand von Werkzeug und Einspritzaggregat durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von metallischen Formkörpern, wobei ein metallisches Material bei Temperaturen ≧ 500°C zu einer fließfähigen Masse aufbereitet, in einer Akkumulationszone akkumuliert und nach dem Akkumu­ lieren einer vorgegebenen Menge der fließfähigen Masse diese mittels einer Ein­ spritzvorrichtung über einen Strömungskanal mit einer Austrittsdüse in ein Druck­ gießwerkzeug eingespritzt wird, wobei die Düse nach dem Einspritzen des Materials verschlossen, das metallische Material im Werkzeug gekühlt und verfestigt, danach das Druckgießwerkzeug geöffnet und das Formteil entformt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das eingangs genannte Verfahren ist beispielsweise aus der WO 97/21509 bekannt.

Der Verschluss der Düse wird hierbei durch Einfrieren des in der Düse zunächst noch fließfähigen vorhandenen metallischen Materials als Pfropfen realisiert. Beim nächsten Druckgießvorgang wird der Pfropfen aus der Düse herausgedrückt und muss von einem sogenannten Pfropfenfänger aufgefangen und aus der Vorrichtung ausgetragen werden.

Da das Arbeiten mit metallischem Material in fließfähigem Zustand hohe Arbeitstem­ peraturen erfordert und eine Vielzahl von mit dem vorliegenden Verfahren verarbeit­ baren metallischen Materialien in diesem Zustand an Luft brennen oder zumindest leicht oxidieren, darf ein Druckaufbau in dem Aufbereitungsaggregat nicht erfolgen, solange der Pfropfen die Düse nicht sicher verschließt. Ein Unsicherheitsfaktor bleibt jedoch immer, da der Pfropfen nur so weit halten darf, dass er beim nächsten Ein­ spritzvorgang noch aus der Düse herausgedrückt werden kann.

Das Verfahren gemäß der EP 0 765 198 A1 verwendet eine vertikal angeordnete Schnecke in der schmelzflüssig zugeführtes Material in den thixotropen Zustand ab­ gekühlt und in eine Formkavität eingespritzt wird. Die Technologie wird im Zusam­ menhang mit weit unter 500°C schmelzenden Metalllegierungen beschrieben. Um zu verhindern, dass schmelzflüssiges metallisches Material aus der Düse der Schneckenmaschine austritt, wird hier vorgeschlagen, die Düse der Schneckenma­ schine mit einem federbelasteten Ventil zu verschließen, wobei die Feder im Innern angeordnet ist und mit dem schmelzflüssigen Material in Berührung steht. Die Feder stützt sich dabei im Bereich der Düsenöffnung ab.

Nachteilig bei dieser Lösung ist aber, dass bei dem verwendeten federbelasteten Verschluss ein Flattern der Feder bei unterschiedlichen Belastungszuständen vor­ kommen kann und dass zur Verwirklichung unterschiedlicher Staudrücke die Federn ausgewechselt werden müssen. Trotz solcher Anpassungsmaßnahmen herrschen bei den Verschlüssen je nach Betriebsbedingungen unterschiedliche Kräfteverhält­ nisse, und die Zuverlässigkeit des Verschlusses bleibt fraglich. Für höher schmel­ zende Legierungen mit einer Solidustemperatur ≧ 500°C, wie z. B. Magnesium- und Aluminiumlegierungen, ist dieses Verfahren nicht geeignet, da die Feder aufgrund der schnell einsetzenden Relaxationsvorgänge im Material der Feder ermüdet und die Verschließfunktion in kürzester Zeit erheblich beeinträchtigt wird. Dies würde zumindest einen extrem häufigen Wechsel der Feder verlangen, der unwirtschaftlich ist und extreme Stillstandszeiten der Druckgießvorrichtung bedingen würde.

Außerdem würden sich in Abhängigkeit des Verschleiß- oder Ermüdungszustands der Feder sowie der Temperaturführung unterschiedliche Kräfteverhältnisse erge­ ben, die von der Feder nicht ausgeglichen werden könnten.

Aus diesen Gründen ist ein wirtschaftliches und sicheres Arbeiten nach diesem Verfahren in einem Temperaturbereich ≧ 500°C nicht zu verwirklichen.

In der US-A-5,983,976 wird die Abkehr von der Verwendung von thixotropem Mate­ rial empfohlen und flüssiges, d. h. vollständig geschmolzenes metallisches Material verwendet. Als Alternative zu dem passiven Verschließen der Düse (siehe z. B. WO 97/21509) wird vorgeschlagen, diese mittels einer Platte, die zwischen Düsenöff­ nung und Werkzeug eingeschoben werden muss, zu verschließen. Vor dem Einsprit­ zen des metallischen Materials muß dann die Platte entfernt und das gesamte Auf­ bereitungs- und Einspritzaggregat in Richtung zum Druckgießwerkzeug verfahren werden, um ein dichtes Anliegen der Düse an dem Werkzeug zu erreichen. Um überhaupt eine Dichtigkeit zu erreichen muss das Einspritzaggregat mit großer Kraft gegen die Verschlussplatte gepresst werden.

Als weitere Alternative wird in der US-A-5,983,976 vorgeschlagen einen Verschluss­ stempel koaxial in einem als Einspritzaggregat verwendeten Druckgießzylinder als Teil des Kolbens auszubilden, wobei der Stempel beim Einspritzen zurückgezogen gegen die Stirnfläche des Kolbens ruht und mit diesem mitbewegt wird und am Ende des Einspritzhubes des Kolbens die Düsenöffnung verschließt. Beim Dekompres­ sionshub des Kolbens verbleibt der Stempel in seiner Schließstellung und sichert die Düsenöffnung, während der Kolben alleine in seine zurückgezogene Position verfah­ ren wird. Erst für den nachfolgenden Einspritzvorgang wird der Stempel zurückge­ zogen und die Düsenöffnung freigegeben.

Nachteilig bei der ersten Lösung ist, daß zum Verschließen der Düse zunächst eine Trennung von Düsenöffnung und Druckgießwerkzeug erfolgen muß und dabei nahe­ zu zwangsläufig flüssiges metallisches Material austreten muß. Daneben kann die Ausbildung von Pfropfen aus verfestigtem Metall nicht ausgeschlossen werden. Da für ein ausreichendes Abdichten das Aufbereitungs- und Einspritzaggregat mit ent­ sprechendem Druck gegen das Werkzeug gepresst werden muß, ist ein vorzeitiger Verschleiß der betroffenen Anlagenteile (Düse und werkzeugseitige Angießbuchse) vorprogrammiert.

Die zweite Lösung vermeidet zwar diese Probleme, ist jedoch auf bestimmte Aufbe­ reitungs- und Einspritzvorrichtungen und die Verarbeitung von vollständig aufge­ schmolzenem Metall limitiert. Außerdem wird der Aufbau des Einspritzaggregats sehr komplex und der in dem Druckgießzylinder verbleibende Anteil an fließfähigem metallischem Material ist relativ groß.

Die Steuerung des Verfahrensablaufs ist in beiden Fällen ebenfalls komplex, so dass Zykluszeiten unter 30 sec nicht realisierbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Druckgießen von metallischen Formkörpern vorzuschlagen, mit welchem wesentlich kürzere Zyklus­ zeiten möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das metallische Material im wesentlichen kontinuierlich aufbe­ reitet wird und dass die Düse in dicht verbundenem Zustand von Einspritzvorrich­ tung und Werkzeug und nach dem Einspritzen mit einer von der Einspritzvorrichtung getrennten Verschlussvorrichtung aktiv verschlossen wird.

Das aktive Verschließen der Düse nach dem Einspritzen mittels einer gesondert vor­ zusehenden Verschlussvorrichtung erlaubt ein unabhängiges Arbeiten auf Seiten des Aufbereitungsaggregats, beispielsweise einer Schneckenmaschine, und das Ansam­ meln von aufbereiteter fließfähiger Masse unmittelbar nach Abschluss des Einspritz­ vorganges, wobei nicht mehr abgewartet werden muss, bis der Anteil an fließfähigem Material in der Einspritzdüse bis zur Verfestigung zum Verschlusspfropfen abgekühlt ist und somit das Druckgießwerkzeug gegenüber dem Materialaufbereitungsaggregat abgeschottet ist (passives Verschließen). Vielmehr wird erfindungsgemäß eine kon­ trollierte und auf den zeitlichen Ablauf des Gesamtprozesses abgestimmte Steuerung der Verschlussfunktion vorgenommen, so dass jederzeit definierte Verhältnisse vorlie­ gen.

Dies erlaubt vor allem ein paralleles Aufbereiten und Dosieren einerseits und Ent­ formen und Vorbereiten der Form für den folgenden Einspritzzyklus andererseits.

Im Gegensatz zu den Lösungen der US-A-5,973,976 kann mit dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren auch thixotropes Material verarbeitet und Pfropfenbildung sicher ver­ mieden werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Düse benachbart zur Formkavität des Druck­ gießwerkzeuges angeordnet wird, da damit ein minimaler Anguß seitens des Form­ körpers und damit ein minimaler Materialverlust realisiert werden kann. Falls die baulichen Gegebenheiten der Form es zulassen, kann die Düse praktisch direkt an­ grenzend zur Formkavität angeordnet werden.

Darüber hinaus lässt sich das Einspritzaggregat unmittelbar nach dem Verschließen der Düse mittels der Verschlussvorrichtung falls gewünscht von dem Druckgießwerk­ zeug trennen und zwar ohne Gefahr des Austritts von schmelzflüssigem Material. Damit kann eine thermische Entkoppelung zwischen dem Aufbereitungsaggregat und dem Druckgießwerkzeug leicht hergestellt werden.

Dadurch kann jetzt erstens während dem weiteren Abkühlen des in das Druckgieß­ werkzeug eingespritzten Materials bis zur Entformung des fertigen Formkörpers und während dem Vorbereiten der Form für den folgenden Einspritzzyklus unabhängig von diesem Vorgang erneut fließfähige Masse in dem Aufbereitungsaggregat aufbe­ reitet und einer Akkumulationszone zugeführt werden, so dass sich die beiden beim vorliegenden Druckgießverfahren als die am zeitaufwendigsten herausstellenden Vorgänge oder Teilvorgänge in großem Umfang überlappend durchführen lassen und nicht nacheinander alternierend durchgeführt werden müssen. Damit ist ein im wesentlichen kontinuierliches Verfahren realisiert.

Zweitens kann die sonst notwendige Pfropfenbildung in der heißen Düse keinen Einfluß mehr auf des Zeitpunkt, zu dem die Form geöffnet werden kann, nehmen. Dadurch lässt sich der Zeitpunkt zum Öffnen der Form optimal gewählt werden, so dass sich die Probleme mit sogenannten Heißrissen und offenen Lunkern vermin­ dern. Die Entformung vereinfacht sich ebenfalls.

Insgesamt erhält man eine bessere Teilequalität bei gleichzeitigen erheblichen Zeit­ einsparungen und einer deutlich verkürzten Zykluszeit.

Bei einer Verfahrensweise wird die Düse unmittelbar nach dem Einspritzen ver­ schlossen, so dass unmittelbar nach dem Einspritzen das Aufbereitungsaggregat, beispielsweise die Schneckenmaschine, weiterhin fließfähige Masse aufbereiten, und in die Akkumulationszone fördern kann. Dies gilt insbesondere für den Fall der Herstellung dünnwandiger Formteile. Damit wird quasi eine kontinuierliche Aufbe­ reitung von fließfähiger Masse mittels der Schneckenmaschine möglich und die Ka­ pazität der Schneckenmaschine bezüglich der Aufbereitung an fließfähiger Masse maximal ausgenutzt.

Bevorzugt kann nach dem Einspritzen des metallischen Materials in das Werkzeug für eine vorgegebene Zeitspanne ein Nachdruck angewandt und die Düse erst nach Ablauf dieser Zeitspanne verschlossen werden.

Da die Zeitspannen für das Anwenden von Nachdruck in der Regel sehr kurz sind, wird dadurch zum einen der Vorteil der Anwendung des Nachdrucks (Ausgleich von Materialkontraktion beim Abkühlen) beibehalten und andererseits eine allenfalls ge­ ringe Verlängerung der Zykluszeit in Kauf genommen.

Auch hier kann man deshalb noch eine im wesentlichen kontinuierliche Betriebswei­ se des Aufbereitungsaggregats, beispielsweise der Schneckenmaschine, zur Aufbe­ reitung des metallischen Materials und dessen Akkumulierung in der Akkumulations­ zone realisieren.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schneckenmaschi­ ne verwendet. Entscheidet man sich hierbei für eine Maschine mit einer Schub­ schnecke, so dient die Schneckenmaschine gleichzeitig als Einspritzaggregat. Hier fungiert der auslassseitige Teil des Schneckenzylinders als Akkumulationszone.

Alternativ hierzu wird der Schneckenmaschine ein Druckgießzylinder zum Einsprit­ zen des metallischen Materials in das Werkzeug nachgeschaltet. Diese Variante vermeidet die Beschleunigung der doch erheblichen Masse der Schubschnecke während des Einspritzvorgangs und lässt damit eine deutlich einfachere Lagerung der Schnecke der Schneckenmaschine zu. Bei dieser Variante steht das Volumen des Druckgießzylinders als Akkumulationszone zu Verfügung.

Bevorzugt wird die Verschlussvorrichtung zum Verschließen der Düse beheizt, so dass die fließfähige Masse auch noch in dem Strömungskanal bzw. der Austrittsdü­ se auf einer im wesentlichen gleichbleibenden Temperatur gehalten werden kann.

Bevorzugt wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von der oben bereits be­ schriebenen Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Schneckenmaschine und das Druckgießwerkzeug nach dem Verschließen der Düse und vor dem Öffnen des Werkzeugs voneinander zu trennen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschrie­ benen Verfahrens zum Druckgießen von metallischen Formkörpern mit einem Ag­ gregat zum im wesentlichen kontinuierlichen Aufbereiten eines metallischen Materi­ als zu einer fließfähigen Masse bei einer Temperatur ≧ 500°C, einer Akkumulati­ onszone zum Akkumulieren einer vorgegebenen Menge an fließfähigem, metalli­ schen Material, einem Einspritzaggregat und einem Druckgießwerkzeug, welches über einen Strömungskanal mit einer Austrittsdüse mit metallischem Material befüll­ bar ist, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine von dem Einspritzaggregat getrennte Verschlussvorrichtung mit einem Verschließelement aufweist, mit welchem die Düse nach dem Einspritzen im dicht verbundenen Zustand von Einspritzaggregat und Druckgießwerkzeug aktiv verschließbar ist.

Besonders bevorzugt aus den bereits genannten Gründen wird die Düse bevorzugt benachbart zur Formkavität des Druckgießwerkzeuges angeordnet.

Damit kommt man ohne sogenannten Heißkanal aus, der dazu gedacht ist, Material­ verlusten vorzubeugen. Heißkanäle sind werkzeugseitige Bauteile, die bei jedem Werkzeug neu vorgesehen werden müssen.

Als Aufbereitungsaggregat für das metallische fließfähige Material bieten sich unter anderem ein Schmelzeofen mit nachgeordneter Schmelzepumpe und gegebenen­ falls einem Rührwerk an.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise eine Schneckenmaschine als Aufbereitungsaggregat auf. Diese kann als eine Mehrschneckenmaschine aus­ gebildet sein. Mehrschneckenmaschinen erlauben eine besonders kontrollierte Auf­ bereitung des metallischen Materials zu einer fließfähigen Masse. Darüber hinaus ist mit einer Mehrschneckenmaschine insbesondere auch das Einmischen und Einar­ beiten von Legierungsbestandteilen, anderen Additiven, z. B. Verstärkungsstoffen, Füllstoffen etc. einfach und kontrolliert möglich.

Besonders bevorzugt sind Vorrichtungen mit einer Schneckenmaschine, welche eine dichtkämmende Doppelschneckenmaschine mit gleichsinnig drehenden Schnecken ist. Bei dieser Schneckenmaschine erhält man besonders gut definierte Transport­ leistungen und Durchmischungen der aufbereiteten Materialien.

Bei Mehrschneckenmaschinen wird als Einspritzaggregat ein der Schneckenma­ schine nachgeschalteter Druckgießzylinder verwendet.

Bei der Einschneckenmaschine kann entweder ein Druckgießzylinder verwendet werden oder die Schnecke der Schneckenmaschine als Schubschnecke ausgebildet werden und somit selber als Einspritzaggregat dienen.

Die Ausführung der Verschlussvorrichtung selber wurde bislang noch nicht ange­ sprochen. Bevorzugt weist diese eine Nadel auf, welche in der Verschlussvorrich­ tung verschieblich gelagert ist und in einer ersten, zurückgezogenen Position die Öffnung der Düse freigibt und in einer zweiten, vorgeschobenen Position die Öff­ nung der Düse verschließt.

Bei einer Variante der Verschlussvorrichtung, die mit einer Nadel als Verschlussele­ ment arbeitet, ist vorgesehen, dass die Nadel zur Längsachse des der Düse benach­ barten Bereichs des Strömungskanals in einem spitzen Winkel geneigt geführt ist.

Alternativ kann die Nadel der Verschlussvorrichtung zu dem der Düse benachbarten Endabschnitt des Strömungskanals koaxial geführt sein.

Die Schließbewegung führt die Nadel in beiden Fällen in Fließrichtung des metalli­ schen Materials beim Einspritzen aus. Die Nadel bleibt dabei in der zurückgezoge­ nen Position vorzugsweise mindestens mit ihrer Spitze im fließfähigen metallischen Material stehen, so daß diese im Temperaturgleichgewicht mit der Umgebung bleibt.

Eine besonders einfache Art der Ausbildung des Verschlusses unter Verwendung einer Nadel bei der Verschlussvorrichtung als Verschließelement ist dann gegeben, wenn sich der Querschnitt des Strömungskanals in Richtung zur Öffnung der Düse hin verringert und die Nadel einen vorderen, sich verjüngenden Abschnitt aufweist, dessen Querschnitt größer ist als der verringerte Querschnitt des Strömungskanals, so dass sich bei vorgeschobener Nadel eine ringförmige, konische oder sphärische Dichtungsfläche zwischen Nadel und der Innenwandung des Strömungskanals er­ gibt.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Strömungskanal im Bereich der Düse ei­ nen zylindrischen Abschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist und, dass die Na­ del einen vorderen Abschnitt umfasst, dessen Durchmesser dem Durchmesser des zylindrischen Abschnittes entspricht, so dass sich bei vorgeschobener Nadel eine zylindermantelartige Dichtfläche zwischen der Innenwandung des Strömungskanals und der Außenoberfläche der Nadel ergibt.

Bei sich verjüngender Nadelspitze setzt sich diese bei Verschleiß selbständig nach.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Nadel in dem Strömungskanal in einer Ebene parallel zur Maschinenachse geführt ist. Dies lässt eine besonders einfache Abstüt­ zung und Anordnung der Betätigungselemente bzw. des Antriebs der Nadel zu.

Bevorzugt wird die Verschlussvorrichtung in einem zur Düse benachbarten Abschnitt des Strömungskanals eine Führung für die Nadel umfassen. Dies dient der Verbes­ serung der Stabilität des Betriebs der Verschlussvorrichtung und minimiert den Ver­ schleiß der Nadel.

Diese Führung kann vorteilhaft durch mindestens drei in Umfangrichtung der Nadel in gleichmäßigen Abständen angeordneten, von der Innenwandung des Strömungs­ kanals abstehende Führungsvorsprünge geschehen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schne­ ckenmaschine mit horizontal geneigter Maschinenachse angeordnet, so dass der Akkumulationsvorgang von fließfähiger Masse in der Akkumulationszone durch die Schwerkraft unterstützt wird.

Bevorzugt wird vorgesehen, dass der Strömungskanal die Akkumulationszone der Schneckenmaschine direkt mit der Düsenöffnung verbindet.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Strömungskanal zwischen dem der Akku­ mulationszone benachbarten Teil und dem zur Düse benachbarten Abschnitt eine Verzweigung aufweist, welche eine Fließverbindung zu dem Druckgießzylinder schafft.

In diesem Fall wird der Druckgießzylinder vorzugsweise koaxial zu dem benachbart zur Düse angeordneten Abschnitt des Strömungskanals angeordnet.

Hierbei kann als Alternative der Druckgießzylinder parallel zu dem zur Düse benach­ barten Strömungskanalabschnitt in der Vertikalen nach oben oder unten versetzt an­ geordnet sein.

Bevorzugt weist die Düse eine Heizvorrichtung auf, so dass die fließfähige Masse, die hinter der Düse im Strömungskanal während der Akkumulation von fließfähiger Masse in der Akkumulationszone ansteht, auf gleichbleibender Temperatur und ins­ besondere auf einer Temperatur, wie sie die aufbereitete fließfähige Masse aufweist gehalten werden kann.

Bevorzugt werden hier als Heizvorrichtung keramische Widerstandsheizbänder oder gewendelte Flachrohrheizpatronen oder induktive Spulen als von außen wirkende Heizelemente eingesetzt. Bringt man die Heizelement im Innern des Düsenkörpers an, so empfehlen sich sogenannte Heiztorpedos.

Weiter bevorzugt werden bei dieser Variante die Heizvorrichtungen der Düse mit Temperatursensoren versehen, welche im Düsenkörper angeordnet sind. So lässt sich eine möglichst nahe an der fließfähigen Masse stattfindende Temperaturmes­ sung durchführen.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeich­ nung noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 ein Zykluszeitdiagramm des erfindungsgemäßen und eines herkömmli­ chen Druckgießverfahrens;

Fig. 2 ein Zykluszeitdiagramm einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Druckgießverfahrens;

Fig. 3 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung mit einer Schubschneckenmaschine;

Fig. 4 ein vergrößertes Detail einer Verschlussvorrichtung der Druckgießvor­ richtung der Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 eine alternative Verschlussvorrichtung zu der Variante der Fig. 4;

Fig. 7 eine weitere alternative Verschlussvorrichtung zu der Variante in Fig. 4;

Fig. 8 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung mit einer Schneckenmaschine und einem separaten Druckgießzylinder;

Fig. 9 eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung mit einer Schneckenmaschine und einem separaten Druckgießzylinder;

Fig. 10 eine vierte Variante einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung mit einer Schneckenmaschine und einem separaten Druckgießzylinder;

Fig. 11 eine weitere alternative Verschlußvorrichtung; und

Fig. 12 den Bereich der Düsenspritze zu unterschiedlichen Zeiten des Öffnens bei einer Variante der alternativen Verschlußvorrichtung von Fig. 11.

Fig. 1 zeigt ein Zykluszeit-Diagramm A sowie ein Zykluszeit-Diagramm B für ein Druckgießverfahren, bei dem metallisches Material in einer Schneckenmaschine als Aufbereitungsaggregat zu einer fließfähigen Masse aufbereitet und in einer Akkumu­ lationszone akkumuliert wird. Nachdem eine vorgegebene Menge des metallischen Materials aufbereitet und akkumuliert ist, wird die fließfähige Masse über einen Strö­ mungskanal mit einer Austrittsdüse in ein Druckgießwerkzeug eingespritzt.

In Fig. 1 zeigt das Diagramm A die einzelnen Verfahrensschritte eines Druckgieß­ zyklus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausgestal­ tung und das Diagramm B ein hierzu korrespondierendes Diagramm mit den Verfah­ rensschritten eines herkömmlichen Druckgießverfahrens.

Beide Zykluszeit-Diagramme A und B beziehen sich auf einen Druckgießvorgang für denselben Formkörper aus einer Magnesiumlegierung, z. B. ein Gehäuseteil eines elektronischen Geräts, mit einer Masse von 400 g. Verwendet wird in beiden Fällen eine Einschneckenmaschine mit einer Schubschnecke.

Bei dem erfindungsgemäßen Zykluszeit-Diagramm A wird ausgegangen von einer Situation, in der von der in das Druckgießwerkzeug einzuspritzenden Magnesium­ legierung ein bereits ausreichender Vorrat in fließfähiger Form in der Akkumulations­ zone der Schneckenmaschine angesammelt (dosiert) wurde.

In einem ersten Schritt Aa wird zum Einspritzen der fließfähigen Magnesiumlegie­ rung in das Druckgießwerkzeug die Düse am Ende des Strömungskanals geöffnet, was weniger als 500 ms benötigt.

Der Einspritzvorgang Ab selbst muss mit sehr hoher Schussgeschwindigkeit erfolgen und benötigt lediglich ca. 10 ms bis 120 ms, im vorliegenden Fall ca. 50 ms.

Im direkten Anschluss an den Einspritzvorgang Ab wird noch ein sogenannter Nach­ druck Ac aufrechterhalten, um den Volumenschwund der in der Druckgießform erkal­ tenden Magnesiumlegierung auszugleichen. Der Zeitbedarf hierfür beträgt ca. 40 ms bis 1500 ms, je nach Wandstärke des hergestellten Formteils und Erstarrungsge­ schwindigkeit des metallischen Materials, im vorliegenden Fall ca. 500 ms. Letztere ist abhängig von Werkzeugtemperatur, Massetemperatur, Wärmeübergang etc. Da­ nach wird die Düse in weniger als 500 ms geschlossen (Schritt Ad).

Sobald die Düse geschlossen ist, kann das Aufbereitungsaggregat von dem Druck­ gießwerkzeug getrennt werden und die Kühlung Ae des Formkörpers in dem Werk­ zeug forciert werden. Mit der Kühlung (Schritt Ae) kann zeitgleich mit dem Schließen der Düse (Schritt Ad) begonnen werden.

Sobald die Düse durch die Verschlussvorrichtung sicher verschlossen ist, besteht keine Gefahr mehr, dass fließfähiges Material aus der Düse austritt. Praktisch un­ mittelbar darauf kann das Dosieren Af durchgeführt werden, während parallel das vom Einspritzaggregat gegebenenfalls getrennte Werkzeug nach Ablauf der erfor­ derlichen Kühlzeit Ae geöffnet werden kann (Schritt Ag), der Formkörper entformt und entnommen (Schritt Ah) und das Werkzeug freigeblasen und mit Trennmittel besprüht (Schritt Ai) und geschlossen (Schritt Aj) wird und so für einen weiteren Druckgießzyklus vorbereitet ist.

Zwischen den Schritten Ai und Aj können bei Bedarf Einlegeteile, wie z. B. Gewinde­ einsätze, in das Werkzeug eingelegt werden.

Die gesamte Zykluszeit beträgt in diesem Fall ca. 22,05 s. Aufgrund der erfindungs­ gemäßen Ausbildung der Düse mit einer Verschlußvorrichtung zum aktiven Ver­ schließen der Düsenöffnung kann die Aufbereitung, d. h. das Plastifizieren des me­ tallischen Materials fast während der gesamten Zykluszeit A fortgesetzt werden.

Herkömmlich (vgl. z. B. WO 97/21509) muss ein Zyklus wie in Diagramm B gezeigt gefahren werden. Ein Vorgang zum Öffnen der Düse entfällt hier, da der die Düse schließende, eingefrorene Pfropfen beim Einspritzvorgang aus der Düsenöffnung herausgedrückt und von einem Pfropfenfänger aufgefangen wird.

Nach dem Einspritzen Ba und dem Aufbringen des Nachdrucks Bb wird wieder ein Verschlusspfropfen aus dem metallischen Material in der Düse eingefroren (Schritt Bc), während parallel die Kühlung des Werkzeugs vorgenommen wird. Der Pfrop­ fenbildungs- und Kühlschritt Bc ist erheblich länger als der Schritt Ae, da neben dem Pfropfen auch das Material des erheblich größeren Angusses gekühlt werden muss. Erst nach der Pfropfenbildung und einem Dekompressionshub Bd zur Entlastung des Pfropfens kann die Plastifizierung Be in dem Aufbereitungsaggregat wieder auf­ genommen werden. Am Ende des Plastifiziervorganges Be wird bei noch geschlos­ senem Werkzeug erneut ein Dekompressionshub Bf durchgeführt, um zu verhindern, daß der Pfropfen unbeabsichtigt aus der Düse herausgedrückt wird. Aus Sicher­ heitsgründen sollte erst danach das Werkzeug geöffnet (Schritt Bg) und der Form­ körper entformt und entnommen (Schritt Bh) werden. Daran schließt sich das Freiblasen und Einsprühen des Werkzeugs mit Trennmittel (Schritt Bi) und das Wie­ derverschließen (Schritt Bj) desselben an, bevor ein neuer Zyklus ablaufen kann. Während dem gesamten Plastifizierschritt Be muss das Werkzeug mit dem Aufberei­ tungsaggregat verbunden bleiben um eine ausreichende Sicherheit für die Umge­ bung der Druckgießvorrichtung im Falle eines nicht ausreichend fest sitzenden Ver­ schlusspfropfens zu bieten.

Das Nachlaufen oder Spritzen der Düse stellt eine Gefährdung für den Maschinen­ bediener dar und/oder kann zu einer Beschädigung von peripheren Geräten, wie z. B. Entnahme- und Sprühgerät führen.

Dies behindert die Parallelisierung der Vorgänge Plastifizieren Be sowie Entnahme Bf und Blasen/Sprühen Bi, so daß die bei dem herkömmlichen Verfahren benötigte Zykluszeit für dieses Beispiel ca. 32,65 s beträgt.

Die bereits im vorliegenden Beispiel erkennbaren erheblichen Unterschiede in der Zykluszeit vergrößern sich noch bei höheren Schussmassen (Bauteilgewicht + An­ gießsystem und Entlüftung).

Fig. 2 zeigt weitere Zykluszeitdiagramme für einen Zyklus C und einen Zyklus D. Diese Diagramme gelten, wenn mit einem Doppelschneckenextruder als Aufberei­ tungs- und Dosieraggregat gearbeitet und ein separates Einspritzaggregat verwen­ det wird. Auch hier wird die Aufbereitung des metallischen Materials während der gesamten Zykluszeit aufgrund der Verwendung einer erfindungsgemäß mit einer Verschlußvorrichtung aktiv verschließbaren Düse möglich. Hier läßt sich zwar in beiden Fällen eine Plastifizierung P praktisch während des gesamten Zyklus' C oder D durchführen. Das Arbeiten ohne Verschlussdüse hat aber den Nachteil, dass be­ stimmte Vorgänge wie nachstehend beschrieben nicht zeitgleich bzw. überlappend durchgeführt werden können.

Im Zyklus C wird mit einer Verschlussdüse zum erfindungsgemäßen aktiven Ver­ schließen der Düse gearbeitet. In Schritt Ca wird die Düse, die zuvor aktiv ver­ schlossen wurde, geöffnet (Zeitbedarf wie bei Schritt Aa weniger als ca. 500 ms). Der Einspritzvorgang Cb weist denselben Zeitbedarf auf wie die Einspritzvorgänge Ab und Ba, nämlich ca. 50 ms. Falls Nachdruck aufgebracht wird (Schritt Cc) ändert sich der Zeitbedarf gegenüber den Zykluszeitdiagrammen A und B nicht. Auch die Zeit zum aktiven Schließen der Düse (Schritt Cd) bleibt dieselbe wie im Fall des Zy­ klusdiagramms A. Da die Kühlzeit (Schritt Ce) im wesentlichen von dem Formteil (Wandstärke, Gesamtmasse etc.) abhängt, ergibt sich hier ebenfalls eine vergleich­ bare Zeitdauer wie bei den Schritten Ae.

Das Dosieren (Schritt Cf) benötigt mit der Doppelschneckenmaschine ebenfalls 7 s, wobei parallel bereits das Werkzeug geöffnet (Schritt Cg) werden kann. Auch das Entformen und Entnehmen des Formteils kann noch während dem Dosieren ge­ schehen.

Schließlich bleibt noch das Freiblasen der Form und Einsprühen der Form mit Trennmittel (Schritt Cl) sowie das Schließen des Werkzeugs (Schritt Cj), bevor der nächste Zyklus beginnen kann.

Der Zeitbedarf bei diesem Zyklus beträgt insgesamt 22,05 s und entspricht so der Zykluszeit A, bei der ein Einwellenextruder mit Schubschnecke verwendet wurde.

Im Zyklus D wird wie im Zyklus C mit einem Doppelschneckenextruder gearbeitet, die Düse jedoch passiv verschlossen. Der Plastifiziervorgang kann während der ge­ samten Zykluszeit fortgesetzt werden.

Das Öffnen der Düse entfällt hier wie in Zyklus B. Der Einspritzvorgang Da hat einen Zeitbedarf von ca. 50 ms, daran anschließend wird noch ein Nachdruck Db ange­ wandt (500 ms). In der darauf folgenden Kühlzeit Dc wird zu Beginn der Pfropfen in der Düsenöffnung eingefroren. Nach dessen Bildung entlastet ein Dekompressions­ hub Dd den Pfropfen, und erst jetzt kann die Dosierung De von fließfähigem Material für den nächsten Einspritzvorgang beginnen. Nach dem Ende der Dosierung wird ein weiterer Dekompressionshub Df durchgeführt und erst danach kann das Werk­ zeug geöffnet (Schritt Dg), das Formteil entformt und entnommen (Schritt Dh), die Kavität des Werkzeugs freigeblasen und mit Trennmittel besprüht (Schritt Di) und schließlich das Werkzeug wieder geschlossen werden (Schritt Dj). Aufgrund der beim Arbeiten mit eingefrorenen Pfropfen zu beachtenden Sicherheitsmaßnahmen lassen sich in Zyklus D nur wenige Vorgänge parallel durchführen, so dass trotz der günstigeren Arbeitsweise beim Aufbereiten/Plastifizieren des metallischen Materials eine erheblich längere Zykluszeit von 26,65 s gegenüber dem Zyklus C resultiert.

In den Fig. 3 bis 12 werden nun bevorzugte Ausführungsformen der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens näher erläutert.

In Fig. 3 ist eine schematische, teilweise aufgebrochene Darstellung einer insge­ samt mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern mit einer Schneckenmaschine 12 zum Aufbereiten eines über eine Aufgabevorrichtung 14, vorzugsweise mit Unterfütterung, eindosierten metallischen Materials zu einer fließfähigen Masse.

In der Schneckenmaschine 12 wird metallisches Material in an sich bekannter Weise auf die erforderliche Temperatur gebracht und plastifiziert und zu einer ausgangs­ seitig angeordneten Akkumulationszone 16 transportiert und dort akkumuliert. So­ bald in der Akkumulationszone eine vorgegebene Menge des metallischen Materials angesammelt wurde, kann mit einem Einspritzvorgang die Formkavität eines Druck­ gießwerkzeugs 18 über einen von der Akkumulationszone der Schneckenmaschine zu dem Werkzeug 18 führenden Strömungskanal 20 befüllt werden. Der Strömungs­ kanal 20 mündet mit einem Endabschnitt 24 mit einer zylindrischen Bohrung 25 in eine Düse 22, welche mechanisch mittels einer Verschlussvorrichtung 26 verschließ­ bar ist.

Bevorzugt wird, wie in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet, der Strömungskanal mit der Düse 22' bis möglichst nahe an die Formkavität (nicht dargestellt) des Werkzeugs 18 herangeführt, um den Angußkegel des Formkörpers möglichst klein zu halten.

Die Verschlussvorrichtung 26 umfasst eine hydraulisch in der Bohrung 25 in deren Axialrichtung zwischen einer Verschlussstellung und einer Freigabestellung hin- und herverfahrbare Nadel 28, welche mit ihrem in Richtung zum Werkzeug 18 weisen­ den freien Ende die Öffnung der Düse 22 entweder verschließen oder freigeben kann.

Die Nadel 28 kann durch eine Hydraulikschaltung 30 zur Einnahme ihrer Schließ­ stellung oder ihrer Freigabestellung je nach dem Betriebszustand der Druckgießvor­ richtung 10 angetrieben werden.

Bei der in Fig. 3 vorliegenden Ausführungsform ist die Schneckenmaschine 12 mit einer Schubschnecke ausgerüstet, d. h. die Schneckenmaschinen wird gleichzeitig als Einspritzaggregat verwendet, wobei die Schubschnecke nach dem Akkumulieren einer ausreichenden Menge an fließfähigem metallischem Material in der Akkumula­ tionszone zum auslassseitigen Ende hin beschleunigt wird und das metallische Ma­ terial aus der Akkumulationszone verdrängt und durch den Strömungskanal in das Werkzeug eingespritzt wird. Nach einer Nachdruckzeit kann die Düse mittels der Na­ del 28 geschlossen werden, so dass nunmehr keine Fließverbindung mehr zwischen der Schneckenmaschine 12 und dem Werkzeug 18 besteht.

Fig. 4 zeigt im einzelnen die Ausbildung der erfindungsgemäßen Druckgießvorrich­ tung im Bereich des Übergangs von dem von der Schneckenmaschine 12 kommen­ den Strömungskanal 20 zum Druckgießwerkzeug 18. Wie zuvor schon ausgeführt ist der Strömungskanal 20, der mit der Düse 22 endet, möglichst nahe an die Formkavi­ tät des Werkzeugs 18 herangeführt. Die Öffnung 34 der Düse 22 lässt sich mit der Nadel 28 nach Beendigung des Einspritzvorgangs und gegebenenfalls einer Nach­ druckphase dicht verschließen, so dass kein schmelzflüssig aufbereitetes, metalli­ sches Material mehr austreten kann.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Nadel 28 parallel zu dem Endabschnitt 24 des Strömungskanals zwischen ihrer Schließ- und ihrer Freigabe­ stellung geführt. Das freie Ende der Nadel 28 wird dabei von einem Führungsele­ ment 36 auf die Düsenöffnung 34 hin zentriert geführt, so dass beim Einfahren der ungefähr kegelstumpfförmigen Nadelspitze 29 in einen Dichtungssitz 23 in der Düse 22 unmittelbar eine vollständige Abdichtung der Düsenöffnung 34 erhalten wird. Das Führungselement 36 weist drei in Radialrichtung ungefähr gleichmäßig zueinander beabstandete Vorsprünge 37 auf, welche eine gewisse Ausdehnung in Längsrich­ tung des Abschnitts 24 des Strömungskanals 20 aufweisen, in Radialrichtung aber möglichst schmal gehalten sind, so dass zwischen den Vorsprüngen 37 ausreichend Freiraum für das Durchströmen des aufbereiteten metallischen Materials bleibt (Fig. 5).

Die Dichtung erfolgt hier entlang einer ringförmigen Fläche, entlang der die kegel­ förmigen Oberflächen der Nadelspitze 29 und der Düsenöffnung 34 aneinander an­ liegen. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser des zylindrischen freien Endes der Nadel größer als der Durchmesser der Düsenöffnung.

Der Aufbau des auslassseitigen Endes des Strömungskanals 20 beinhaltet eine rücksprungartige Erweiterung 38, die mit einem Innengewinde versehen ist, in das das Führungselement 36 einschraubbar ist. Die Düse 22 wird mittels eines am Au­ ßenumfang des Endabschnitts des Strömungskanals 20 vorgesehenen Außenge­ winde auf den Strömungskanal mittels einem Überwurfelement aufgeschraubt und ist damit nach einer Trennung von Schneckenmaschine 12 und Werkzeug 18 leicht austauschbar.

Bevorzugt wird das auslassseitige Ende des Strömungskanals wie in Fig. 4 gezeigt beheizbar gestaltet, wobei, wie gezeigt, ein Heiztorpedo 40 (alternativ ein Ringheiz­ körper) als Heizelement bevorzugt wird.

Eine alternative Ausgestaltung des Dichtungssitzes zeigt Fig. 6, in der eine Düse 42 mit einer zylindrischen Düsenöffnung 44 versehen ist. Der Durchmesser zylindri­ schen freien Endes 47 der Nadel 46 ist zylindrisch ausgebildet und weist einen zum Durchmesser der Düsenöffnung 44 komplementären Durchmesser auf, wodurch im in den Dichtungssitz eingefahrenen Zustand der Nadel 46 eine zylindrische Dich­ tungsfläche resultiert.

Fig. 7 zeigt schließlich zu der in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Verschlussvorrichtung eine grundsätzlich abweichende Variante. Während bei den Dichtungsvorrichtungen der Fig. 3 bis 6 die Nadel 28 bzw. 46, die dem Verschluss der Düsenöffnung dient, parallel zur Bohrung 25 des Abschnitts 24 des Strömungskanals 20 geführt ist, wird die Nadel in der in Fig. 7 gezeigten Variante gegen die Axialrichtung des Endab­ schnitts des Strömungskanals in einem spitzen Winkel geneigt geführt.

Bei dieser Variante trägt der Strömungskanal 20 an seinem auslassseitigen Ende einen Abschnitt 50 mit einer Bohrung 52, welche die Bohrung des Strömungskanals fortsetzt und sich in Richtung zur Düse 54 hin konisch erweitert. Der Abschnitt 50 weist ferner eine Bohrung 56 auf, welche in einem spitzen Winkel zur Axialrichtung der Bohrung 52 verläuft und welche die Bohrung 52 im Bereich der Öffnung 58 der Düse 54 trifft. Die Düse 54 selbst weist einlassseitig ein sich zur Düsenöffnung 58 hin konisch verjüngenden Hohlraum auf, der in einem Abschnitt mit der Wandung der Bohrung 56 fluchtet.

An ihrem freien Ende wird die in der Bohrung 56 geführte Nadel 60 durch ein Füh­ rungselement 57 zentriert und exakt auf die Öffnung der Düse 54 hin ausgerichtet. Die Spitze 62 der Nadel 60 ist kugelkalottenförmig ausgeführt und bildet mit der In­ nenwandung der Düse 54 eine ringförmige, sphärische Dichtungsfläche aus. Die Düse 54 wird an dem Abschnitt 50 wiederum über ein Überwurfelement 64 ver­ schraubt.

Anhand der Fig. 8 bis 10 seien weitere Ausführungsformen der vorliegenden erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung erläutert. Der Einfachheit halber wird be­ züglich Einzelheiten der Verschlussvorrichtungen auf die vorstehenden Ausführun­ gen Bezug genommen.

Die in Fig. 8 dargestellte Druckgießvorrichtung 70 weist, auf einem Maschinenrah­ men 71 aufgebaut, ein Aufbereitungsaggregat 72 mit einer über einen Aufgabetrich­ ter 75 befüllbaren Schneckenmaschine 74 und einem Strömungskanal 78, einen Druckgießzylinder 76 sowie eine Verschlussvorrichtung 80 auf. Der Strömungskanal endet mit einer Einspritzdüse 82, welche mittels der Verschlussvorrichtung 80 ver­ schließbar ist. Die Druckgießvorrichtung weist ferner ein auf dem Maschinenrahmen 71 horizontal verschieblich angeordnetes Druckgießwerkzeug 84 auf, welches direkt an die Düse 82 anschließt.

Die Schneckenmaschine 74, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel bevorzugt als Zweischneckenmaschine ausgebildet wird, ist gegen die von dem Maschinenrahmen 71 definierte Horizontale in einem spitzen Winkel geneigt angeordnet. Auslassseitig schließt sich an die Schneckenmaschine 74 ein Block 86 an, in dem der Strömungs­ kanal 78 ausgebildet ist, welcher sich zu einem Anschluss für den Druckgießzylinder 76 verzweigt und einen im wesentlichen horizontal geführten Endabschnitt 88 um­ fasst, welcher einen Teil der Verschlussvorrichtung 80 bildet.

Die Verschlussvorrichtung 80 ist vorliegend analog wie die in Fig. 4 gezeigt ausge­ bildet, wobei es jedoch, je nach Anwendungsfall im Belieben des Fachmanns steht eine ändere Verschlussvorrichtung zu verwenden, insbesondere die weiteren Va­ rianten der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Druckgießvorrichtung sind die Schneckenmaschine 74, der Druckgießzylinder 76 und die Verschlussvorrichtung 80 in einer vertikalen Ebe­ ne und in der vorgenannten Reihenfolge untereinander angeordnet. Demzufolge verläuft und verbindet der Strömungskanal 78 vertikal von dem Auslaß der Schnec­ kenmaschine ausgehend den Einlass des Druckgießzylinders 76 und Verschlussvor­ richtung 80.

In diesem Punkt unterscheidet sich die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Druckgießvorrichtung, die hier mit dem Bezugszeichen 90 verse­ hen ist.

Auch bei dieser Ausführungsform weist die Druckgießvorrichtung 90, auf einem Ma­ schinenrahmen 91 aufgebaut, ein Aufbereitungsaggregat 92 mit einer über einen Aufgabetrichter 95 befüllbaren Schneckenmaschine 94 und einem Strömungskanal 98, einen Druckgießzylinder 96 sowie eine Verschlussvorrichtung 100 auf. Der Strö­ mungskanal 98 endet mit einer Einspritzdüse 102, welche mittels der Verschlussvor­ richtung 100 verschließbar ist. Die Druckgießvorrichtung 90 weist ferner ein auf dem Maschinenrahmen 91 horizontal verschieblich angeordnetes Druckgießwerkzeug 104 auf, welches direkt an die Düse 102 anschließt.

Die Verschlussvorrichtung 100 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel allerdings in ihrer Konstruktion dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7. Aufgrund der in spitzem Winkel zu dem Endabschnitt geführten Verschlussnadel der Verschlussvorrichtung kann der Strömungskanal in seinem vertikal verlaufenden Abschnitt kürzer ausgelegt werden. Da hier keine zwei vertikal untereinanderangeordnete Anschlüsse für den Druckgießzylinder und die Verschlussvorrichtung vorgesehen werden müssen. Fer­ ner kann der Endabschnitt des Strömungskanals der horizontal verläuft kürzer ge­ halten werden. Insgesamt baut also die Ausführungsform etwas niedriger und etwas kürzer als die in der Fig. 8 gezeigte.

Fig. 10 zeigt eine Variante der Ausführungsform der Fig. 8. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 8 ist die Reihenfolge der in einer vertikalen Ebene ange­ ordneten Funktionsteile der Druckgießvorrichtung 110, nämlich die Schneckenma­ schine 112, der Druckgießzylinder 114 und die Verschlussvorrichtung 116 verschie­ den. Bei dieser Variante ist die Verschlussvorrichtung 116 zwischen der Schnecken­ maschine 112 und dem Druckgießzylinder 114 angeordnet.

Fig. 11 zeigt eine weitere Alternative in Form einer Verschlußvorrichtung 116 zum aktiven Verschließen einer Düse 118, welche bei dieser Ausführungsform einstückig ausgebildet ist und mit einem Außengewinde 120 versehen in den Endbereich des Strömungskanals 20 eingeschraubt ist. Auch hier könnte man mit Vorteil die zweitei­ lige Düse, wie sie in den Fig. 4, 6 und 7 im einzelnen gezeigt ist, verwenden.

Die Verschlußvorrichtung 116 umfängt mit einem Ringteil 122 den Endbereich des Strömungskanals 20 und stützt sich dort ab. Das Ringteil 122 trägt ein Hydraulikag­ gregat 124, über das ein in das Innere des Strömungskanal reichender Gabelhebel 126 um einen Drehpunkt 128 verschwenkbar ist. Im Inneren des Strömungskanals 20 ist der Gabelhebel 126 mit einer Nadel 130 als Verschließelement gelenkig ver­ bunden und führt diese koaxial zum Strömungskanal 20 zwischen ihren Schließ- und Offenstellungen beim Betätigen des Hydaulikaggregats 124 hin und her.

Anstelle des Gabelhebels kann auch eine außen angeordnete Feder treten (nicht gezeigt), welche die Nadel in die Schließstellung drückt.

In Fig. 12 ist zeichnerisch dargestellt, wie bei einer solchen Ausgestaltung auf­ grund des Einspritzdrucks das quasi automatische Öffnen der Düsenöffnung durch ein Zurückdrücken einer Nadel 131 aus der Schließ- in die Offenstellung gelingt.

Die Nadel 131 weist dabei eine sich in Stufen verjüngende Spitze 132 auf, wobei das freie Ende so ausgebildet ist, daß es dichtend an der Innenwand 134 der Dü­ senöffnung anliegen kann. Die Spitze 132 weist ferner Rücksprünge 136 auf, die so ausgestaltet sind, daß beim Aufbringen des Einspritzdrucks hierauf eine Kraftkom­ ponente wirkt, welche die Nadel 131 entgegen der Einspritzrichtung R bewegt. Fig. 12a zeigt die Nadel 131 in ihrer Schließstellung. Fig. 12b verdeutlicht den Beginn der Bewegung der Nadel in die Offenstellung, und Fig. 12c schließlich zeigt die Nadel in dem Zustand der Offenstellung, in der die Düsenöffnung vollständig freige­ geben ist.

Claims (34)

1. Verfahren zum Druckgießen von metallischen Formkörpern, wobei ein metal­ lisches Material in einem Aufbereitungsaggregat, im wesentlichen kontinuier­ lich, zu einer fließfähigen Masse bei einer Temperatur ≧ 500°C aufbereitet, in einer Akkumulationszone akkumuliert und nach dem Akkumulieren einer vor­ gegebenen Menge der fließfähigen Masse diese über einen Strömungskanal mit einer Austrittsdüse in ein Druckgießwerkzeug eingespritzt wird, wobei die Düse nach dem Einspritzen des Materials verschlossen, das metallische Mate­ rial im Werkzeug gekühlt und verfestigt, danach das Druckgießwerkzeug geöff­ net und das Formteil entformt wird, wobei die Düse nach dem Einspritzen mit einer von dem Einspritzaggregat verschiedenen Verschlussvorrichtung aktiv verschlossen wird, und wobei das Verschließen der Düse bei dicht verbunde­ nem Zustand von Werkzeug und Einspritzaggregat durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse unmittel­ bar nach dem Einspritzen verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsprit­ zen des metallischen Materials in das Werkzeug für eine vorgegebene Zeit­ spanne ein Nachdruck angewendet und die Düse nach Ablauf dieser Zeitspan­ ne verschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufbereitungsaggregat ein Druckgießzylinder zum Einspritzen des metalli­ schen Materials in das Werkzeug nachgeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische fließfähige Material kontinuierlich aufbereitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufbereitungsaggregat eine Schneckenmaschine verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufberei­ tungs- und Einspritzaggregat eine Schneckenmaschine mit einer Schub­ schnecke verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung beheizt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse benachbart zur Formkavität des Druckgießwerkzeugs angeordnet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbereitungs- und Einspritzaggregat und das Druckgießwerkzeug nach dem Verschließen der Düse und vor dem Öffnen des Werkzeugs von einander getrennt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen der Düse mittels eines Sensors für ein Verschließelement der Verschlußvorrichtung überwacht wird.

12. Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern mit einem Aufbe­ reitungsaggregat zum im wesentlichen kontinuierlichen Aufbereiten eines me­ tallischen Materials zu einer fließfähigen Masse bei einer Temperatur ≧ 500°C, einer Akkumulationszone zum Akkumulieren einer vorgegebenen Menge an fließfähigem, metallischem Material, einem Einspritzaggregat und einem Druckgießwerkzeug, welches über einen Strömungskanal mit einer Austrittsdü­ se mit metallischem Material befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Einspritzaggregat getrennte Verschlussvorrichtung mit einem Ver­ schließelement vorhanden ist, mit welchem die Düse nach dem Einspritzen in dicht verbundenem Zustand von Einspritzaggregat und Werkzeug aktiv ver­ schließbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse be­ nachbart zur Formkavität des Druckgießwerkzeugs angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbereitungsaggregat eine Schneckenmaschine ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen der Schneckenmaschine nachgeschalteten Druckgießzylinder umfasst.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken­ maschine eine dichtkämmende Doppelschneckenmaschine mit gleichsinnig drehenden Schnecken ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken­ maschine eine Schubschnecke umfasst.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung eine Nadel als Verschließelement umfasst, welche in der Verschlussvorrichtung verschieblich gelagert ist und in einer er­ sten, zurückgezogenen Position die Öffnung der Düse freigibt und in einer zweiten, vorgeschobenen Position die Öffnung der Düse verschließt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel zur Längsachse eines der Düse benachbarten Abschnitts des Strömungskanals in einem spitzen Winkel geneigt geführt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel ko­ axial zu einem der Düse benachbarten Abschnitt des Strömungskanals geführt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Quer­ schnitt des Strömungskanals in Richtung zur Öffnung der Düse hin verringert und dass die Nadel einen vorderen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, des­ sen Querschnitt größer ist als der verringerte Querschnitt des Strömungska­ nals, so dass sich bei vorgeschobener Nadel eine ringförmige, konische oder sphärische Dichtungsfläche zwischen Nadel und der Innenwandung des Strö­ mungskanals ergibt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungs­ kanal im Bereich der Düse einen zylindrischen Abschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist und dass die Nadel einen vorderen Abschnitt umfasst, dessen Durchmesser dem Durchmesser des zylindrischen Abschnitts ent­ spricht, so dass sich bei vorgeschobener Nadel eine zylindrische Dichtfläche zwischen der Innenwandung des Strömungskanals und der Nadel ergibt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel in dem Strömungskanal in einer Ebene parallel zur Maschinen­ achse geführt ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung in einem zur Düse benachbarten Abschnitt des Strömungskanals eine Führung für die Nadel umfasst.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung mindestens drei in Umfangsrichtung der Nadel in gleichmäßigen Abständen angeordnete, von der Innenwandung des Strömungskanals abstehende Füh­ rungsvorsprünge umfasst.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenmaschine mit zur Horizontalen geneigter Maschinenachse angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal die Akkumulationszone der Schneckenmaschine di­ rekt mit der Düsenöffnung verbindet.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal zwischen dem der Akkumulationszone benachbarten Teil und dem zur Düse benachbarten Abschnitt eine Verzweigung aufweist, welche eine Fließverbindung zu dem Druckgießzylinder schafft.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgieß­ zylinder koaxial zu dem benachbart zur Düse angeordneten Abschnitt des Strö­ mungskanals angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgieß­ zylinder parallel zu dem zur Düse benachbarten Strömungskanalabschnitt nach oben oder unten versetzt angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine Heizvorrichtung umfasst.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel ein Heizelement, insbesondere in Form einer Heizpatrone, umfasst.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrich­ tung der Düse Temperatursensoren umfasst, welche im Düsenkörper angeord­ net sind.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung einen Sensor umfaßt, mit welchem die Schließ­ stellung des Verschließelements der Verschlußvorrichtung überwachbar ist.